Šta je? Ovo je Rutherfordov model atoma. Ime je dobio po britanskom fizičaru rođenom na Novom Zelandu Ernestu Rutherfordu, koji je najavio otkriće jezgre 1911. godine. U svojim eksperimentima sa rasipanjem alfa čestica na tankoj metalnoj foliji otkrio je da većina alfa čestica prolazi direktno kroz foliju, ali neke se odbijaju. Rutherford je sugerirao da na području male površine od koje su se odbili nalazi se pozitivno nabijena jezgra. Ovo ga je zapažanje navelo da opiše strukturu atoma, što je, s korekcijama za kvantnu teoriju, danas prihvaćeno. Baš kao što se Zemlja okreće oko Sunca, električni naboj atoma koncentriran je u jezgri, oko koje se okreću elektroni suprotnog naboja, a elektromagnetsko polje zadržava elektrone u orbiti jezgre. Stoga se model naziva planetarnim.

Prije Rutherforda postojao je još jedan model atoma - Thompsonov model materije. U njemu nije bilo jezgre, bio je to pozitivno nabijeni "kolač" ispunjen "zestom" - elektronima koji su se slobodno rotirali u njemu. Inače, Thompson je taj koji je otkrio elektrone. U modernoj školi, kad se počnu upoznavati, uvijek počnu s ovim modelom.

Atom modeli Rutherforda (lijevo) i Thompsona (desno)

// wikimedia.org

Kvantni model koji opisuje strukturu atoma danas se naravno razlikuje od onog koji je smislio Rutherford. Ne postoji kvantna mehanika u kretanju planeta oko Sunca, ali u kretanju elektrona oko jezgre jeste. Međutim, koncept orbite i dalje ostaje u teoriji atomske strukture. Ali nakon što je postalo poznato da se orbite kvantiziraju, to jest nema kontinuirane tranzicije između njih, kako je mislio Rutherford, postalo je netačno nazivati \u200b\u200btakav planetarni model. Rutherford je napravio prvi korak u pravom smjeru, a razvoj teorije o strukturi atoma slijedio je put koji je on zacrtao.

Zašto je ovo zanimljivo za nauku? Rutherfordov eksperiment otkrio je jezgre. Ali sve što znamo o njima, naučili smo nakon toga. Njegova teorija razvijala se tokom mnogih decenija i sadrži odgovore na temeljna pitanja o strukturi materije.

Paradoksi su brzo otkriveni u Rutherfordovom modelu, naime: ako se nabijeni elektron okreće oko jezgre, tada mora emitirati energiju. Znamo da se tijelo koje se kreće u krugu konstantnom brzinom i dalje ubrzava, jer se vektor brzine cijelo vrijeme okreće. A ako se nabijena čestica kreće ubrzano, mora emitirati energiju. To znači da bi to trebalo gotovo trenutno izgubiti i pasti u srž. Stoga se klasični model atoma ne slaže u potpunosti sam sa sobom.

Tada su se počele pojavljivati \u200b\u200bfizičke teorije koje su pokušavale prevladati ovu kontradikciju. Važan dodatak modelu atomske strukture napravio je Niels Bohr. Otkrio je da oko atoma postoji nekoliko kvantnih orbita po kojima se elektron kreće. Sugerirao je da elektron ne emitira energiju cijelo vrijeme, već samo kada se kreće s jedne orbite na drugu.

Bohrov model atoma

// wikimedia.org

A nakon Bohrovog modela atoma pojavio se Heisenbergov princip nesigurnosti, koji je konačno objasnio zašto je pad elektrona na jezgro nemoguć. Heisenberg je otkrio da se u pobuđenom atomu elektron nalazi u dalekim orbitama i u trenutku kad emituje foton, pada u glavnu orbitu gubeći energiju. Atom, s druge strane, prelazi u stabilno stanje, u kojem će se elektron okretati oko jezgre sve dok ga ništa ne pobuđuje izvana. Ovo je stabilno stanje, nakon čega elektron neće pasti.

Zbog činjenice da je osnovno stanje atoma stabilno stanje, materija postoji, svi mi postojimo. Bez kvantne mehanike ne bismo imali uopšte stabilnu materiju. U tom smislu, glavno pitanje koje laik može postaviti kvantnoj mehanici je zašto sve uopće ne pada? Zašto sve stvari ne idu u određenu točku? I kvantna mehanika je sposobna odgovoriti na ovo pitanje.

Zašto ovo znati? U određenom smislu, Rutherfordov eksperiment ponovljen je ponovo s otkrićem kvarkova. Rutherford je otkrio da su pozitivni naboji - protoni - koncentrirani u jezgrama. Šta je unutar protona? Sada znamo da se unutar protona nalaze kvarkovi. To smo naučili provodeći sličan eksperiment na dubokom neelastičnom raspršivanju elektrona i protona 1967. godine u SLAC-u (Nacionalna laboratorija za ubrzavanje, SAD).

Ovaj eksperiment izveden je na istom principu kao i Rutherfordov eksperiment. Tada su alfa čestice pale, a ovdje su elektroni pali na protone. Kao rezultat sudara, protoni mogu ostati protoni ili se mogu pobuditi zbog velike energije, a tada se tokom raspršivanja protona mogu stvoriti druge čestice, poput pi-mezona. Ispostavilo se da se ovaj presjek ponaša kao da unutar protona postoje točkaste komponente. Sada znamo da su te točke komponente kvarkovi. U određenom smislu, ovo je bilo Rutherfordovo iskustvo, ali na sljedećem nivou. Od 1967. godine već imamo model kvarka. Ali šta će biti dalje, ne znamo. Sad morate nešto rasuti po kvarkovima i pogledati što se raspadaju. Ali ovo je sljedeći korak, koji do sada nije bio moguć.

Pored toga, najvažnija priča iz istorije ruske nauke povezana je s imenom Rutherford. Petr Leonidovič Kapica radio je u svojoj laboratoriji. Početkom 1930-ih zabranio mu je napuštanje zemlje i bio prisiljen da ostane u Sovjetskom Savezu. Saznavši za to, Rutherford je poslao Kapici sve instrumente koje je imao u Engleskoj, i tako pomogao u stvaranju Instituta za fizičke probleme u Moskvi. Odnosno, zahvaljujući Rutherfordu dogodio se značajan dio sovjetske fizike.

Planetarni model atoma

19. U planetarnom modelu atoma pretpostavlja se da je broj

1) elektroni u orbitama jednaki su broju protona u jezgri

2) protoni je jednak broju neutrona u jezgri

3) elektroni u orbitama jednaki su zbroju brojeva protona i neutrona u jezgri

4) neutroni u jezgri jednaki su zbroju brojeva elektrona u orbitama i protona u jezgri

21. Planetarni model atoma potkrepljen je eksperimentima na

1) rastvaranje i topljenje čvrstih materija 2) jonizacija gasova

3) hemijska proizvodnja novih supstanci 4) rasipanje α-čestica

24. Planetarni model atoma je potkrijepljen

1) proračuni kretanja nebeskih tijela 2) eksperimenti na elektrifikaciji

3) eksperimenti na rasipanju α-čestica 4) fotografije atoma u mikroskopu

44. U Rutherfordovom eksperimentu α-čestice su raspršene

1) elektrostatičko polje atomske jezgre 2) elektronska ljuska ciljnih atoma

3) gravitacijsko polje atomske jezgre 4) ciljna površina

48. U Rutherfordovom eksperimentu, većina α-čestica slobodno prolazi kroz foliju, praktično ne odstupajući od pravolinijskih putanja, jer

1) jezgro atoma ima pozitivan naboj

2) elektroni su negativno nabijeni

3) jezgra atoma ima malu (u odnosu na atom) veličinu

4) α-čestice imaju veliku (u poređenju sa atomskim jezgrima) masu

154. Koje izjave odgovaraju planetarnom modelu atoma?

1) Jezgra je u središtu atoma, naboj jezgre je pozitivan, elektroni su u orbiti oko jezgre.

2) Jezgra je u središtu atoma, naboj jezgre je negativan, elektroni su u orbiti oko jezgre.

3) Elektroni - u središtu atoma jezgra se okreće oko elektrona, naboj jezgre je pozitivan.

4) Elektroni - u središtu atoma jezgra se okreće oko elektrona, naboj jezgre je negativan.

225. Eksperimenti E. Rutherforda na rasipanju α-čestica su to pokazali

A. gotovo sva masa atoma koncentrirana je u jezgri. B. jezgra ima pozitivan naboj.

Koja je od tvrdnji tačna?

1) samo A 2) samo B 3) i A i B 4) ni A ni B

259. Koja ideja o strukturi atoma odgovara modelu atoma iz Rutherforda?

1) Jezgra je u središtu atoma, elektroni su u orbiti oko jezgre, naboj elektrona je pozitivan.

2) Jezgra je u središtu atoma, elektroni su u orbiti oko jezgre, naboj elektrona je negativan.

3) Pozitivni naboj je ravnomjerno raspoređen po atomu, elektroni u atomu vibriraju.

4) Pozitivni naboj je ravnomjerno raspoređen po atomu, a elektroni se u atomu kreću u različitim orbitama.

266. Koja je ideja o strukturi atoma tačna? Većina mase atoma je koncentrirana

1) u jezgri je naboj elektrona pozitivan 2) u jezgri je naboj jezgre negativan

3) kod elektrona je naboj elektrona negativan. 4) u jezgri je naboj elektrona negativan

254. Koja ideja o strukturi atoma odgovara modelu atoma iz Rutherforda?

1) Jezgra je u središtu atoma, naboj jezgre je pozitivan, veći dio mase atoma koncentriran je u elektronima.

2) Jezgra je u središtu atoma, naboj jezgre je negativan, veći dio mase atoma koncentriran je u elektronskoj ljusci.

3) Jezgra je u središtu atoma, naboj jezgre je pozitivan, veći dio mase atoma koncentriran je u jezgri.

4) Jezgra je u središtu atoma, naboj jezgre je negativan, veći dio mase atoma koncentriran je u jezgri.

Bohrove postavke

267. Dijagram najnižih nivoa energije atoma razrijeđenog atomskog plina ima oblik prikazan na slici. U početnom trenutku vremena atomi su u stanju s energijom E (2) Prema Bohrovim postavkama, ovaj plin može emitirati fotone s energijom

1) 0,3 eV, 0,5 eV i 1,5 eV 2) samo 0,3 eV 3) samo 1,5 eV 4) bilo u opsegu od 0 do 0,5 eV

273. Slika prikazuje dijagram najnižih nivoa energije atoma. U početnom trenutku je atom u stanju sa energijom E (2). Prema Bohrovim postavkama, dati atom može emitirati fotone energijom

1) 1 ∙ 10 -19 J 2) 3 ∙ 10 -19 J 3) 5 ∙ 10 -19 J 4) 6 ∙ 10 -19 J

279. Šta određuje frekvenciju fotona koji emitira atom prema modelu Bohrovog atoma?

1) razlika između energija stacionarnih stanja 2) učestalost okretanja elektrona oko jezgre

3) de Broglieova talasna dužina za elektron. 4) Bohrov model ne dozvoljava da se to odredi

15. Atom je u stanju s energijom E 1< 0. Минимальная энергия, необходимая для отрыва электрона от атома, равна

1) 0 2) E 1 3) - E 1 4) - E 1/2

16. Koliko fotona različitih frekvencija mogu emitovati atomi vodonika u drugom pobuđenom stanju?

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

25. Pretpostavimo da energija atoma plina može poprimiti samo one vrijednosti koje su naznačene na dijagramu. Atomi su u stanju sa energijom e (3). Koju energiju može da apsorbuje dati gas?

1) bilo koji u rasponu od 2 ∙ 10 -18 J do 8 ∙ 10 -18 J 2) bilo koji, ali manji od 2 ∙ 10 -18 J

3) samo 2 ∙ 10 -18 J 4) bilo koje veće ili jednako 2 ∙ 10 -18 J

29. Kada se emituje foton s energijom od 6 eV, naboj atoma

1) ne mijenja se 2) povećava se za 9,6 ∙ 10 -19 C

3) povećava se za 1,6 ∙ 10 -19 C 4) smanjuje se za 9,6 ∙ 10 -19 C

30. Svjetlost frekvencije 4 ∙ 10 15 Hz sastoji se od fotona s električnim nabojem jednakim

1) 1,6 ∙ 10 -19 C 2) 6,4 ∙ 10 -19 C 3) 0 C 4) 6,4 ∙ 10 -4 C

78. Elektron vanjske ljuske atoma prvo prelazi iz stacionarnog stanja s energijom E 1 u stacionarno stanje s energijom E 2, upijajući foton frekvencijom v 1. Zatim iz stanja E 2 prelazi u stacionarno stanje sa energijom E s, upijajući foton frekvencijom v 2 > v 1. Šta se događa kada elektron pređe iz stanja E 2 u stanje E 1.

1) emisija svetlosti sa frekvencijom v 2 – v 1 2) apsorpcija svetlosti frekvencijom v 2 – v 1

3) emisija svetlosti sa frekvencijom v 2 + v 1 4) apsorpcija svetlosti frekvencijom v 2 – v 1

90. Energija fotona apsorbirana od atoma pri prelasku iz osnovnog stanja sa energijom E 0 u pobuđeno stanje sa energijom E 1 jednaka je (h je Planckova konstanta)

95. Na slici su prikazani nivoi energije atoma i naznačene su talasne dužine fotona koji se emitiraju i apsorbuju tokom prelaska s jednog nivoa na drugi. Kolika je talasna dužina fotona emitiranih tokom prelaska sa nivoa E4 na nivo E1, ako je λ 13 \u003d 400 nm, λ 24 \u003d 500 nm, λ 32 \u003d 600 nm? Izrazite svoj odgovor u nm i zaokružite na najbliži cijeli broj.

96. Slika prikazuje nekoliko energetskih nivoa elektronske ljuske atoma i pokazuje frekvencije fotona koji se emituju i apsorbuju tokom prelaza između ovih nivoa. Kolika je minimalna talasna dužina fotona koji emitira atom u bilo koji

mogući prijelazi između nivoa E 1, E 2, ez i E 4, ako v 13 \u003d 7 ∙ 10 14 Hz, v 24 \u003d 5 ∙ 10 14 Hz, v 32 \u003d 3 ∙ 10 14 Hz? Izrazite svoj odgovor u nm i zaokružite na najbliži cijeli broj.

120. Slika prikazuje dijagram energetskih nivoa atoma. Koji od prijelaza između nivoa energije označenih strelicama prati apsorpcija kvanta minimalne frekvencije?

1) od nivoa 1 do nivoa 5 2) od nivoa 1 do nivoa 2

124. Na slici su prikazani nivoi energije atoma i naznačene su talasne dužine fotona koji se emituju i apsorbuju tokom prelaska s jednog nivoa na drugi. Eksperimentalno je utvrđeno da je minimalna talasna dužina fotona emitiranih tokom prijelaza između ovih nivoa λ 0 \u003d 250 nm. Kolika je vrijednost λ 13 ako je λ 32 \u003d 545 nm, λ 24 \u003d 400 nm?

145. Na slici je prikazan dijagram mogućih vrijednosti energije atoma razrijeđenog plina. U početnom trenutku vremena atomi su u stanju sa energijom E (3). Moguća emisija fotona energijom

1) samo 2 ∙ 10 -18 J 2) samo 3 ∙ 10 -18 J i 6 ∙ 10 -18 J

3) samo 2 ∙ 10 -18, 5 ∙ 10 -18 i 8 ∙ 10 -18 J 4) bilo od 2 ∙ 10 -18 do 8 ∙ 10 -18 J

162. Energetski nivoi elektrona u atomu vodonika dati su formulom E n \u003d - 13,6 / n 2 eV, gdje je n \u003d 1, 2, 3, .... Kada atom pređe iz stanja E2 u stanje E1, atom emituje foton. Jednom na površini fotokatode, foton izbacuje fotoelektron. Talasna dužina svjetlosti koja odgovara crvenoj granici fotoelektričnog efekta za materijal površine fotokatode, λ cr \u003d 300 nm. Koja je maksimalna moguća brzina fotoelektrona?

180. Slika prikazuje nekoliko najnižih nivoa energije atoma vodonika. Može li atom u stanju E1 apsorbirati 3,4 eV fotona?

1) da, u ovom slučaju atom prelazi u stanje E 2

2) da, u ovom slučaju atom prelazi u stanje E 3

3) da, dok je atom jonizovan, raspadajući se na proton i elektron

4) ne, energija fotona nije dovoljna za prelazak atoma u pobuđeno stanje

218. Slika prikazuje pojednostavljeni dijagram nivoa energije atoma. Numerirane strelice označavaju neke od mogućih prijelaza atoma između ovih nivoa. Uspostaviti korespondenciju između procesa apsorpcije svetlosti najduže talasne dužine i emisije svetlosti najduže talasne dužine i strelica koje ukazuju na energetske prelaze atoma. Za svaku poziciju prve kolone odaberite odgovarajuću poziciju druge i zapišite izabrane brojeve u tablicu ispod odgovarajućih slova.

226. Na slici je prikazan fragment dijagrama nivoa atomske energije. Koji od prijelaza između nivoa energije označenih strelicama prati emisija fotona sa maksimalnom energijom?

1) od nivoa 1 do nivoa 5 2) od nivoa 5 do nivoa 2

3) od nivoa 5 do nivoa 1 4) od nivoa 2 do nivoa 1

228. Slika prikazuje četiri niža energetska nivoa atoma vodonika. Koji prijelaz odgovara apsorpciji fotona s energijom od 12,1 eV atomom?

1) E 3 → E 1 2) E 1 → E 3 3) E 3 → E 2 4) E 1 → E 4

238. Elektron sa zamahom p \u003d 2 ∙ 10 -24 kg ∙ m / s sudara se s protonom u mirovanju, formirajući atom vodonika u stanju sa energijom E n (n \u003d 2). U procesu formiranja atoma emituje se foton. Pronađite frekvenciju v ovog fotona, zanemarujući kinetičku energiju atoma. Energetski nivoi elektrona u atomu vodonika dati su formulom, gdje je n \u003d 1,2, 3, ....

260. Dijagram najnižih nivoa energije atoma ima oblik prikazan na slici. U početnom trenutku je atom u stanju sa energijom E (2). Prema Bohrovim postavkama, atom može emitirati fotone energijom

1) samo 0,5 eV 2) samo 1,5 eV 3) bilo manje od 0,5 eV 4) bilo u opsegu od 0,5 do 2 eV

269. Slika prikazuje dijagram nivoa energije atoma. Koji broj označava prijelaz koji odgovara zračenjefoton sa najnižom energijom?

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

282. Zračenje fotona atomom događa se u

1) kretanje elektrona u nepokretnoj orbiti

2) prelazak elektrona iz osnovnog stanja u pobuđeno

3) prelazak elektrona iz pobuđenog u osnovno stanje

4) svi navedeni procesi

13. Emisija fotona se javlja tokom prelaska iz pobuđenih stanja sa energijama E 1\u003e E 2\u003e E 3 u osnovno stanje. Za frekvencije odgovarajućih fotona v 1, v 2, v 3 vrijedi sljedeća relacija

1) v 1 < v 2 < v 3 2) v 2 < v 1 < v 3 3) v 2 < v 3 < v 1 4) v 1 > v 2 > v 3

1) veće od nule 2) jednako nuli 3) manje od nule

4) više ili manje od nule, ovisno o stanju

98. Atom u mirovanju apsorbirao je foton s energijom od 1,2 ∙ 10 -17 J. U ovom slučaju, zamah atoma

1) nije se promijenio 2) postao jednak 1,2 ∙ 10 -17 kg ∙ m / s

3) postao jednak 4 ∙ 10 -26 kg ∙ m / s 4) postao jednak 3,6 ∙ 10 -9 kg ∙ m / s

110. Pretpostavimo da dijagram nivoa energije atoma neke supstance ima oblik,

prikazano na slici, a atomi su u stanju s energijom E (1). Elektron koji se kretao s kinetičkom energijom od 1,5 eV sudario se s jednim od ovih atoma i odbio se, dobivajući malo dodatne energije. Odredite zamah elektrona nakon sudara, pod pretpostavkom da je atom mirovao prije sudara. Treba zanemariti mogućnost emisije svjetlosti od atoma pri sudaru s elektronom.

111. Pretpostavimo da dijagram nivoa energije atoma određene supstance ima oblik prikazan na slici, a atomi su u stanju sa energijom E (1). Elektron se, sudarivši se s jednim od ovih atoma, odbio, dobivajući malo dodatne energije. Pokazalo se da je zamah elektrona nakon sudara s atomom u mirovanju jednak 1,2 ∙ 10 -24 kg ∙ m / s. Odrediti kinetičku energiju elektrona prije sudara. Treba zanemariti mogućnost emisije svjetlosti od atoma pri sudaru s elektronom.

136. π ° -mezon mase 2,4 ∙ 10 -28 kg raspada se u dva γ-kvanta. Pronađite modul impulsa jednog od formiranih γ-kvanta u referentnom okviru, gdje primarni π ° -mezon miruje.

144. Posuda sadrži razrijeđeni atomski vodonik. Atom vodonika u osnovnom stanju (E 1 \u003d - 13,6 eV) apsorbuje foton i jonizuje se. Elektron izbačen iz atoma kao rezultat jonizacije udaljava se od jezgre brzinom v \u003d 1000 km / s. Kolika je frekvencija apsorbiranog fotona? Zanemarite energiju toplotnog kretanja atoma vodonika.

197. Odmarajući atom vodonika u osnovnom stanju (E 1 \u003d - 13,6 eV) apsorbuje foton talasne dužine λ \u003d 80 nm u vakuumu. Kojom brzinom se elektron koji je pobjegao iz atoma kao rezultat jonizacije udaljava od jezgre? Zanemarite kinetičku energiju nastalog jona.

214. Slobodni pion (π ° -mezon) sa energijom odmora od 135 MeV kreće se brzinom v, koja je mnogo manja od brzine svetlosti. Kao rezultat njegovog propadanja nastala su dva γ-kvanta, jedan od njih koji se šire u smjeru kretanja piona, a drugi u suprotnom smjeru. Energija jednog kvanta je 10% veća od druge. Kolika je brzina piona prije propadanja?

232. Tabela prikazuje energetske vrijednosti za drugi i četvrti nivo energije atoma vodonika.

Kolika je energija fotona koji emitira atom pri prelasku sa četvrtog nivoa na drugi?

1) 5,45 ∙ 10 -19 J 2) 1,36 ∙ 10 -19 J 3) 6,81 ∙ 10 -19 J 4) 4,09 ∙ 10 -19 J

248. Atom u stanju mirovanja emituje foton s energijom od 16,32 ∙ 10 -19 J kao rezultat prelaska elektrona iz pobuđenog u osnovno stanje. Kao rezultat trzaja, atom počinje da se kreće naprijed u suprotnom smjeru s kinetičkom energijom 8,81 ∙ 10 -27 J. Pronađite masu atoma. Brzina atoma se smatra malom u poređenju sa brzinom svetlosti.

252. Posuda sadrži razrijeđeni atomski vodonik. Atom vodonika u osnovnom stanju (E 1 \u003d -13,6 eV) apsorbuje foton i jonizuje se. Elektron izbačen iz atoma kao rezultat jonizacije udaljava se od jezgra brzinom od 1000 km / s. Kolika je talasna dužina apsorbiranog fotona? Zanemarite energiju toplotnog kretanja atoma vodonika.

1) 46 nm 2) 64 nm 3) 75 nm 4) 91 nm

257. Posuda sadrži razrijeđeni atomski vodonik. Atom vodonika u osnovnom stanju (E 1 \u003d -13,6 eV) apsorbuje foton i jonizuje se. Elektron izbačen iz atoma kao rezultat jonizacije udaljava se od jezgra brzinom v \u003d 1000 km / s. Kolika je energija apsorbovanog fotona? Zanemarite energiju toplotnog kretanja atoma vodonika.

1) 13,6 eV 2) 16,4 eV 3) 19,3 eV 4) 27,2 eV

Moskovsko državno univerzitet za ekonomiju, statistiku, informatiku

Sažetak discipline: "KSE"

na temu :

"Planetarni model atoma"

Završeno:

Student 3. godine

DNF-301 grupe

Ruziev Temur

Učitelj:

Mosolov D.N.

Moskva 2008

U prvoj Daltonovoj atomskoj teoriji pretpostavljalo se da se svijet sastoji od određenog broja atoma - elementarnih cigli - s karakterističnim svojstvima koja su vječna i nepromjenjiva.
Ove ideje su se drastično promijenile nakon otkrića elektrona. Svi atomi moraju sadržavati elektrone. Ali kako su elektroni smješteni u njima? Fizičari su mogli samo filozofirati, na osnovu svog znanja iz područja klasične fizike, i postupno su se sva gledišta složila oko jednog modela koji je predložio J.J. Thomson. Prema ovom modelu, atom se sastoji od pozitivno nabijene supstance, unutar koje su elektroni prošarani (možda su u intenzivnom pokretu), tako da atom podsjeća na puding od grožđica. Thomsonov model atoma nije se mogao direktno provjeriti, ali svakakve analogije svjedočile su u njegovu korist.
Njemački fizičar Philip Lenard 1903. godine predložio je model "praznog" atoma, unutar kojeg "lete" neke nepoznate neutralne čestice, sastavljene od međusobno uravnoteženih pozitivnih i negativnih naboja. Lenard je čak dao ime svojim nepostojećim česticama - dinamidima, ali jedini čije je postojanje dokazano rigoroznim, jednostavnim i lijepim eksperimentima bio je Rutherfordov model.

Ogroman opseg Rutherfordovog naučnog rada u Montrealu - objavio je 66 članaka lično i zajedno sa drugim naučnicima, ne računajući knjigu "Radioaktivnost" - donio je Rutherfordu slavu prvorazrednog istraživača. Dobija poziv da zauzme stolicu u Manchesteru. 24. maja 1907. Rutherford se vratio u Evropu. Počelo je novo razdoblje njegovog života.

Prvi pokušaj stvaranja modela atoma na osnovu akumuliranih eksperimentalnih podataka pripada J. Thomsonu (1903). Vjerovao je da je atom električno neutralni sferni sistem s radijusom od približno 10-10 m. Pozitivni naboj atoma ravnomjerno je raspoređen po cijeloj zapremini sfere, a negativno nabijeni elektroni su u njemu. Da bi objasnio linijski spektar emisije atoma, Thomson je pokušao odrediti raspored elektrona u atomu i izračunati frekvencije njihovih oscilacija oko ravnotežnih položaja. Međutim, ovi pokušaji su bili neuspješni. Nekoliko godina kasnije, u eksperimentima velikog engleskog fizičara E. Rutherforda, dokazano je da je Tomsonov model netačan.

Engleski fizičar E. Rutherford istraživao je prirodu ovog zračenja. Pokazalo se da je snop radioaktivnog zračenja u jakom magnetnom polju podeljen na tri dela: a-, b- i y-zračenje. b-zrake su struja elektrona, a-zrake su jezgra atoma helija, y-zrake su kratkotalasno elektromagnetsko zračenje. Fenomen prirodne radioaktivnosti ukazuje na složenu strukturu atoma.
U Rutherfordovim eksperimentima za proučavanje unutrašnje strukture atoma, zlatna folija je ozračena a-česticama koje prolaze kroz proreze na olovnim zaslonima brzinom od 107 m / s. a-Čestice koje emitira radioaktivni izvor su jezgre atoma helijuma. Nakon interakcije s atomima folije, alfa čestice su pale na zaslone prekrivene slojem cinkovog sulfida. Kada su alfa čestice došle na zaslon, proizvele su slabe bljeskove svjetlosti, a pomoću broja bljeskova utvrdio se broj čestica raštrkanih folijom pod određenim uglovima. Brojanje je pokazalo da većina a-čestica neometano prolazi kroz foliju. Međutim, neke a-čestice (jedna na 20 000) naglo su odstupile od svog prvobitnog pravca.Sudar a-čestice s elektronom ne može tako bitno promijeniti njezinu putanju, jer je elektronska masa 7350 puta manja od mase a-čestice.
Rutherford je sugerirao da je do odbijanja a-čestica posljedica njihovog odbijanja pozitivno nabijenim česticama mase proporcionalne masi a-čestice. Na osnovu rezultata ove vrste eksperimenata, Rutherford je predložio model atoma: pozitivno nabijena atomska jezgra nalazi se u središtu atoma, oko koje se (poput planeta koje se okreću oko Sunca) rotiraju negativno nabijeni elektroni pod djelovanjem električnih sila privlačenja. Atom je električki neutralan: naboj jezgre jednak je ukupnom naboju elektrona. Linearna veličina jezgre je najmanje 10 000 puta manja od veličine atoma. Ovo je planetarni model atoma Rutherforda. Šta sprečava elektron da padne na masivnu jezgru? Naravno, brzo okretanje oko toga. Ali u procesu rotacije s ubrzanjem u polju jezgre, elektron mora emitirati dio svoje energije u svim smjerovima i, postupno usporavajući, i dalje pasti na jezgru. Ova misao nije dala mira autorima planetarnog modela atoma. Činilo se da je sljedeća prepreka na putu novog fizičkog modela trebala uništiti cjelokupnu sliku atomske strukture, izgrađene s toliko poteškoća i dokazanu jasnim eksperimentima ...
Rutherford je bio uvjeren da će rješenje biti pronađeno, ali nije mogao zamisliti da će se to dogoditi tako brzo. Kvar u planetarnom atomskom modelu ispravit će danski fizičar Niels Bohr. Bohr je bolno razmišljao o Rutherfordovom modelu i tražio uvjerljiva objašnjenja za ono što se očigledno događa u prirodi, uprkos svim sumnjama: elektroni, bez pada na jezgro i ne odlijetanja od nje, neprestano se okreću oko svog jezgra

1913. godine Niels Bohr objavio je rezultate dugih refleksija i proračuna, od kojih su se najvažniji od tada zvali Bohrovi postulati: u atomu uvijek postoji veliki broj stabilnih i strogo definiranih orbita po kojima elektron može beskrajno juriti, za sve sile koje na njega djeluju , ispadne uravnotežen; elektron može proći u atomu samo iz jedne stabilne orbite u drugu, jednako stabilnu. Ako se tijekom takvog prijelaza elektron odmakne od jezgre, tada mu je potrebno izvana priopćiti određenu količinu energije jednaku razlici u opskrbi elektrona u gornjoj i donjoj orbiti. Ako se elektron približi jezgri, tada on "baci" višak energije u obliku zračenja ...
Vjerovatno bi Bohrovi postulati zauzeli skromno mjesto među brojnim zanimljivim objašnjenjima novih fizičkih činjenica do kojih je došao Rutherford, da nije jedna važna okolnost. Bohr je, koristeći veze koje je pronašao, uspio izračunati radijuse "dozvoljenih" putanja za elektron u atomu vodonika. Bohr je predložio da količine koje karakteriziraju mikrosvijet trebaju kvantizirati , tj. oni mogu poprimiti samo određene diskretne vrijednosti.
Zakoni mikrosvijeta su kvantni zakoni! Na početku 20. vijeka nauka još nije utvrdila ove zakone. Bohr ih je formulirao u obliku tri postulata. dopunjujući (i "štedeći") Rutherfordov atom.

Prvi postulat:
Atomi imaju niz stacionarnih stanja koja odgovaraju određenim energijama: E 1, E 2 ... E n. Budući da je u stacionarnom stanju, atom ne emituje energiju, uprkos kretanju elektrona.

Drugi postulat:
U stacionarnom stanju atoma, elektroni se kreću duž stacionarnih orbita, za što je ispunjena kvantna relacija:
m V r \u003d n h / 2 p (1)
gdje je m V r \u003d L kutni moment, n \u003d 1,2,3 ..., h je Planckova konstanta.

Treći postulat:
Zračenje ili apsorpcija energije od strane atoma događa se tokom njegovog prelaska iz jednog stacionarnog stanja u drugo. U ovom slučaju, dio energije se emitira ili apsorbira ( kvant ), jednaka razlici između energija stacionarnih stanja između kojih se događa prijelaz: e \u003d h u \u003d E m -E n (2)

1.od osnovnog stacionarnog stanja do pobuđenog,

2.iz pobuđenog stacionarnog stanja u osnovno stanje.

Bohrovi postulati proturječe zakonima klasične fizike. Izražavaju karakterističnu osobinu mikrosvijeta - kvantnu prirodu pojava koje se tamo događaju. Zaključci zasnovani na Bohrovim postulatima dobro se slažu s eksperimentom. Na primjer, objašnjavaju zakonitosti u spektru atoma vodonika, porijeklo karakterističnih spektra X-zraka itd. Na sl. 3 prikazuje dio energetskog dijagrama stacionarnih stanja atoma vodonika.

Strelice označavaju prijelaze atoma koji vode do emisije energije. Može se vidjeti da su spektralne linije kombinirane u nizu, razlikujući se u nivou na koji atom prelazi iz ostalih (viših).

Znajući razliku između energija elektrona u tim orbitama, bilo je moguće konstruirati krivulju koja opisuje emisijski spektar vodonika u različitim pobuđenim stanjima i odrediti koje valne duljine atom vodonika treba posebno rado emitirati ako mu se višak energije doprema izvana, na primjer, uz pomoć jake svjetlosti žive lampe. Ova se teorijska krivulja u potpunosti poklopila sa emisionim spektrom pobuđenih atoma vodonika koji je izmjerio švicarski naučnik J. Balmer davne 1885. godine!

Antikvarijat:

1. A. K. Shevelev „Struktura jezgara, čestica, vakuum (2003)
2. A. V. Blagov "Atomi i jezgre" (2004)
3. http://e-science.ru/- portal prirodnih nauka

Stabilnost bilo kojeg sistema na atomskoj skali proizlazi iz Heisenbergovog principa nesigurnosti (četvrti odjeljak sedmog poglavlja). Stoga je dosljedno proučavanje svojstava atoma moguće samo u okviru kvantne teorije. Ipak, neki rezultati od praktičnog značaja mogu se dobiti u okviru klasične mehanike usvajanjem dodatnih pravila za kvantiziranje orbita.

U ovom ćemo poglavlju izračunati položaj energetskih nivoa atoma vodonika i vodonik-sličnih jona. Proračuni se temelje na planetarnom modelu, prema kojem se elektroni okreću oko jezgre pod dejstvom sila kulonske privlačnosti. Pretpostavljamo da se elektroni kreću kružnim orbitama.

13.1. Načelo usklađenosti

Kvantizacija ugaone količine kretanja primijenjena je u modelu atoma vodonika koji je predložio Bohr 1913. godine. Bohr je polazio od činjenice da bi u granicama malih kvanta energije rezultati kvantne teorije trebali odgovarati zaključcima klasične mehanike. Formulirao je tri postulata.

Atom može biti dugo samo u određenim stanjima sa diskretnim nivoima energije E i . Elektroni se okrećući se u odgovarajućim diskretnim orbitama kreću ubrzano, ali, unatoč tome, ne emitiraju. (U klasičnoj elektrodinamici, svaka ubrzana pokretna čestica zrači ako ima nula-naboj).

Kvante zrače ili apsorbiraju zračenje tokom prelaska između nivoa energije:

Iz ovih postulata slijedi pravilo za kvantiziranje ugaone količine elektrona

,

gde nmože biti jednak bilo kojem prirodnom broju:

Parametar n zove glavni kvantni broj... Da bismo izveli formule (1.1), izrazimo energiju nivoa kroz trenutak rotacije. Astronomska mjerenja zahtijevaju poznavanje talasnih dužina s dovoljno velikom preciznošću: šest tačnih brojeva za optičke linije i do osam u radio dometu. Stoga se pri proučavanju atoma vodonika pretpostavka o beskrajno velikoj masi jezgre pokazuje pregrubom, jer dovodi do greške na četvrtoj značajnoj slici. Potrebno je uzeti u obzir kretanje jezgre. Da bi se to uzelo u obzir, predstavljen je koncept smanjena masa.

13.2. Smanjena masa

Elektron se kreće oko jezgre pod dejstvom elektrostatičke sile

,

gde r- vektor čiji se početak poklapa s položajem jezgre, a kraj pokazuje na elektron. Sjetite se toga Z je atomski broj jezgre, a naboji jezgre i elektrona jednaki su Ze i
... Prema Newtonovom trećem zakonu, sila djeluje na jezgro jednako - f(jednake je veličine i usmjeren suprotno od sile koja djeluje na elektron). Zapisujemo jednačine kretanja elektrona

.

Uvodimo nove varijable: brzinu elektrona u odnosu na jezgru

i brzinu centra mase

.

Dodavanjem (2.2a) i (2.2b) dobijamo

.

Dakle, centar mase zatvorenog sistema kreće se jednoliko i pravolinijski. Sada dijelimo (2.2b) sa m Z i oduzmi ga od (2.2a) podijeljenog sa m e ... Rezultat je jednadžba za relativnu brzinu elektrona:

.

Vrijednost uključena u njega

zove smanjena masa... Dakle, problem zajedničkog kretanja dviju čestica - elektrona i jezgre - pojednostavljen je. Dovoljno je razmotriti kretanje jedne čestice oko jezgre, čiji se položaj poklapa s položajem elektrona, a njegova masa je jednaka smanjenoj masi sistema.

13.3. Odnos energije i obrtnog momenta

Sila Kulonove interakcije usmjerena je duž prave linije koja povezuje naboje, a njen modul ovisi samo o udaljenosti r između njih. Prema tome, jednačina (2.5) opisuje kretanje čestice u centralno simetričnom polju. Važno svojstvo kretanja u polju sa središnjom simetrijom je očuvanje energije i ugaona impulsa.

Zapišimo uslov da je kretanje elektrona u kružnoj orbiti određeno kulonovom privlačnošću prema jezgri:

.

Iz toga proizlazi da je kinetička energija

jednako polovini potencijalne energije

,

uzeto sa suprotnim predznakom:

.

Ukupna energija E,respektivno, jednako je:

.

Ispostavilo se negativnim, kao što bi trebalo biti i za stabilna stanja. Pozvana su stanja atoma i jona sa negativnom energijom vezan... Množenje jednadžbe (3.4) sa 2 r i zamjena rada na lijevoj strani mVr u trenutku rotacije M, izraziti brzinu V nakon trenutka:

.

Zamjenom dobivene vrijednosti brzine u (3.5) dobivamo traženu formulu za ukupnu energiju:

.

Obratimo pažnju na činjenicu da je energija proporcionalna ujednačenom stepenu obrtnog momenta. U Bohrovoj teoriji ova činjenica ima važne posljedice.

13.4. Kvantizacija obrtnog momenta

Druga jednadžba za varijable V i r dobit ćemo iz pravila kvantizacije orbite, čije će se izvođenje izvoditi na osnovu Bohrovih postulata. Diferencirajući formulu (3.5), dobivamo odnos između malih promjena obrtnog momenta i energije:

.

Prema trećem postulatu, frekvencija emitovanog (ili apsorbovanog) fotona jednaka je frekvenciji obrta elektrona u njegovoj orbiti:

.

Iz formula (3.4), (4.2) i veze

između brzine, ugaone količine i radijusa, slijedi jednostavan izraz za promjenu ugaone količine pri prijelazu elektrona između susjednih orbita:

.

Integrirajući (4.3), dobivamo

Konstantno C pretraživat ćemo u poluotvorenom intervalu

.

Dvostruka nejednakost (4.5) ne uvodi nikakva dodatna ograničenja: ako ODprelazi granice (4.5), tada se može vratiti u ovaj interval, jednostavnim prebrojavanjem vrijednosti trenutka u formuli (4.4).

Fizički zakoni su isti u svim referentnim okvirima. Prijeđimo s desnog koordinatnog sustava na lijevog. Energija će, kao i svaka skalarna količina, ostati ista,

.

Aksijalni vektor momenta gibanja se ponaša drugačije. Kao što znate, bilo koji aksijalni vektor mijenja znak kada izvodi ovu operaciju:

Nema kontradikcije između (4.6) i (4.7), jer je energija, prema (3.7), obrnuto proporcionalna kvadratu trenutka i ostaje ista kada se znak promijeni M.

Dakle, skup negativnih vrijednosti obrtnog momenta mora ponoviti skup njegovih pozitivnih vrijednosti. Drugim riječima, za svaku pozitivnu vrijednost M n mora postojati negativna vrijednost jednaka apsolutnoj vrijednosti M – m :

Kombinirajući (4.4) - (4.8), dobivamo linearnu jednadžbu za OD:

,

odlukom

.

Lako je provjeriti da formula (4.9) daje dvije vrijednosti konstante ODzadovoljavanje nejednakosti (4.5):

.

Dobiveni rezultat ilustriran je tablicom, koja prikazuje seriju trenutka za tri vrijednosti C: 0, 1/2 i 1/4. To jasno možete vidjeti u posljednjem redu ( n\u003d 1/4) vrijednost momenta za pozitivne i negativne vrijednosti nrazlikuje se u apsolutnoj vrijednosti.

Bohr se uspio složiti s eksperimentalnim podacima postavljanjem konstante C jednako nuli. Tada se pravilo kvantizacije orbitalnog ugaonog momenta opisuje formulama (1). Ali takođe ima smisla i značenja Cjednako polovini. To opisuje unutrašnji trenutakelektron, ili njegov spin - koncept o kojem će se detaljno raspravljati u drugim poglavljima. Planetarni model atoma često se prikazuje polazeći od formule (1), ali u prošlosti je izveden iz principa korespondencije.

13.5. Elektronski orbitalni parametri

Formule (1.1) i (3.7) dovode do diskretnog skupa orbitalnih radijusa i brzina elektrona, koji se mogu numerirati pomoću kvantnog broja n:

Njima odgovara diskretni energetski spektar. Ukupna energija elektrona E n može se izračunati po formulama (3.5) i (5.1):

.

Dobili smo diskretni skup energetskih stanja atoma vodonika ili vodonika sličnog jona. Stanje koje odgovara vrijednosti njednak jedinici naziva se glavni,ostalo - uzbuđena šta ako n vrlo velika, onda - vrlo uznemiren. Slika 13.5.1 ilustrira formulu (5.2) za atom vodika. Tačkasta linija
naznačena je granica jonizacije. Jasno se vidi da je prvi pobuđeni nivo mnogo bliži granici jonizacije nego nivou tla.

stanje. Približavajući se granici jonizacije, nivoi na slici 13.5.2 postupno se kondenzuju.
Samo osamljeni atom ima beskonačno mnogo nivoa. U stvarnom okruženju razne interakcije sa susjednim česticama dovode do činjenice da atom ima samo konačan broj nižih nivoa. Na primjer, u zvjezdanim atmosferama atom obično ima 20-30 stanja, ali u razrijeđenom međuzvjezdanom plinu mogu se primijetiti stotine nivoa, ali ne više od hiljadu.

U prvom smo poglavlju uveli Rydberga iz dimenzionalnih razloga. Formula (5.2) otkriva fizičko značenje ove konstante kao prikladne jedinice za mjerenje energije atoma. Ona takođe otkriva da Ry ovisi o stavu.
:

.

Zbog velike razlike između masa jezgre i elektrona, ova je zavisnost vrlo slaba, ali se u nekim slučajevima ne može zanemariti. Brojilac posljednje formule sadrži konstantu

erg
eV,

kojoj vrijednost Ry teži s neograničenim povećanjem mase jezgre. Stoga smo usavršili Ry jedinicu navedenu u prvom poglavlju.

Pravilo kvantizacije trenutka (1.1), naravno, manje je precizno od izraza (12.6.1) za vlastitu vrijednost operatora ... Prema tome, formule (3.6) - (3.7) imaju vrlo ograničeno značenje. Ipak, kao što ćemo vidjeti u nastavku, konačni rezultat (5.2) za nivoe energije poklapa se s rješenjem Schrödingerove jednadžbe. Može se koristiti u svim slučajevima ako su relativističke korekcije zanemarive.

Dakle, prema planetarnom modelu atoma, u vezanim stanjima brzina rotacije, radijus orbite i energija elektrona poprimaju diskretni niz vrijednosti i u potpunosti su određeni veličinom glavnog kvantnog broja. Pozvane su države sa pozitivnom energijom besplatno; oni nisu kvantizirani i svi parametri elektrona u njima, osim momentu gibanja, mogu poprimiti bilo koje vrijednosti koje nisu u suprotnosti sa zakonima očuvanja. Trenutak rotacije uvijek je kvantiziran.

Formule planetarnog modela omogućavaju izračunavanje jonizacionog potencijala atoma vodonika ili vodonika sličnog jona, kao i talasne dužine prelaska između stanja sa različitim vrednostima n. Takođe možete procijeniti veličinu atoma, linearne i ugaone brzine elektrona u njegovoj orbiti.

Izvedene formule imaju dva ograničenja. Prvo, oni ne uzimaju u obzir relativističke efekte, što daje grešku u redoslijedu ( V/c) 2. Relativistička korekcija raste s povećanjem nuklearnog naboja kao Z 4, a za FeXXVI ion je već udio procenta. Ovaj ćemo efekat pogledati na kraju ovog poglavlja dok ćemo ostati unutar planetarnog modela. Drugo, pored kvantnog broja n energija nivoa određena je drugim parametrima - orbitalnim i unutrašnjim momentima elektrona. Stoga su nivoi podijeljeni u nekoliko podnivoa. Vrijednost cijepanja je također proporcionalna Z 4 i postaje uočljiv za teške jone.

Sve karakteristike diskretnih nivoa uzimaju se u obzir u dosljednoj kvantnoj teoriji. Pa ipak, Bohrova jednostavna teorija ispostavlja se jednostavnom, prikladnom i prilično tačnom metodom za proučavanje strukture jona i atoma.

13.6 Rydbergova konstanta

U optičkom opsegu spektra obično se ne mjeri kvantna energija E, a talasna dužina je prijelaz između nivoa. Stoga se valni broj često koristi za mjerenje nivoa energije E / hc, izmjereno u obrnutim centimetrima. Broj vala koji odgovara
, označeno :

cm .

Indeks  podsjeća da se masa jezgre u ovoj definiciji smatra beskrajno velikom. Uzimajući u obzir konačnu masu jezgre, Rydbergova konstanta je

.

Teška jezgra imaju više energije od lakih. Odnos masa protona i elektrona je

Zamjenjujući ovu vrijednost u (2.2), dobivamo numerički izraz za Rydbergovu konstantu za atom vodika:

Jezgro teškog izotopa vodonika - deuterij - sastoji se od protona i neutrona i približno je dvostruko teže od jezgre atoma vodonika - protona. Prema tome, prema (6.2), Rydbergova konstanta za deuterij R D je veći od vodonika R H:

Još je veća u nestabilnom izotopu vodonika - tritija, čija se jezgra sastoji od protona i dva neutrona.

U elementima u sredini periodnog sistema, efekat pomeranja izotopa se takmiči sa efektom povezanim sa konačnom veličinom jezgre. Ovi efekti imaju suprotan znak i međusobno se poništavaju za elemente bliske kalcijumu.

13.7. Izoelektronski niz vodonika

Prema definiciji datoj u četvrtom odjeljku sedmog poglavlja, joni koji se sastoje od jezgre i jednog elektrona nazivaju se vodonikima. Drugim riječima, oni se odnose na izoelektronski niz vodonika. Njihova struktura kvalitativno podsjeća na atom vodika, a položaj energetskih nivoa jona čiji nuklearni naboj nije prevelik ( Z Z\u003e 20) postoje kvantitativne razlike povezane sa relativističkim efektima: zavisnost mase elektrona o brzini i spin-orbitalnoj interakciji.

Smatrat ćemo najzanimljivijima u astrofizici jone helija, kisika i željeza. U spektroskopiji se naboj jona određuje pomoću spektroskopski simbol, koja je napisana rimskim brojevima desno od simbola hemijskog elementa. Broj predstavljen rimskim brojem je jedan više od broja elektrona uklonjenih iz atoma. Na primjer, atom vodika označen je kao HI, a vodonik-slični joni helija, kisika i željeza HeII, OVIII i FeXXVI. Za multielektronske jone, spektroskopski simbol se poklapa sa efektivnim nabojem koji valentni elektron "osjeća".

Izračunajmo kretanje elektrona u kružnoj orbiti, uzimajući u obzir relativističku zavisnost njegove mase o brzini. Jednadžbe (3.1) i (1.1) u relativističkom slučaju su sljedeće:

Smanjena masa m definirano formulom (2.6). Toga se takođe prisjećamo

.

Pomnoži prvu jednadžbu sa i podijelite ga sa sekundom. Kao rezultat, dobili smo

Konstanta fine strukture  uvedena je u formulu (2.2.1) prvog poglavlja. Znajući brzinu, izračunavamo radijus orbite:

.

U posebnoj teoriji relativnosti, kinetička energija jednaka je razlici između ukupne energije tijela i energije njegovog mirovanja u odsustvu vanjskog polja sile:

.

Potencijalna energija U kao funkcija r definiran je formulom (3.3). Zamjena u izraze za T i U dobijene vrijednosti  i r, dobijamo ukupnu energiju elektrona:

Za elektron koji se okreće u prvoj orbiti vodika sličnog iona željeza, vrijednost, 2 je 0,04. Za lakše elemente je, prema tome, još manje. Kada
dekompozicija je važeća

.

Kao što je lako provjeriti, prvi je pojam jednak vrijednosti energije (5.2) u Bohrovoj nerelativističkoj teoriji do notacije, a drugi je potrebna relativistička korekcija. Označimo prvi pojam kao E B onda

Zapišimo izraz za relativističku korekciju u eksplicitni oblik:

Dakle, relativna vrijednost relativističke korekcije proporcionalna je proizvodu  2 Z 4. Uzimanje u obzir zavisnosti mase elektrona od brzine dovodi do povećanja dubine nivoa. To se može razumjeti na sljedeći način: apsolutna vrijednost energije raste s masom čestice, a pokretni elektron je teži od stacionarnog. Slabljenje efekta sa povećanjem kvantnog broja n posljedica je sporijeg kretanja elektrona u pobuđenom stanju. Snažna ovisnost o Z je posljedica velike brzine elektrona u polju jezgre s velikim nabojem. U budućnosti ćemo izračunati ovu vrijednost prema pravilima kvantne mehanike i dobiti novi rezultat - uklanjanje degeneracije u kutnom momentu orbite.

13.8. Jako uzbuđena stanja

Pozvana su stanja atoma ili jona bilo kojeg hemijskog elementa u kojem je jedan od elektrona na visokom energetskom nivou jako uzbuđen, ili rydberg.Imaju važno svojstvo: položaj nivoa pobuđenog elektrona može se opisati s dovoljno velikom preciznošću u okviru Bohrovog modela. Poanta je u tome što je elektron s velikim kvantnim brojem n, prema (5.1), vrlo je daleko od jezgre i drugih elektrona. Takav se elektron u spektroskopiji obično naziva "optički" ili "valentni", a ostatak elektrona, zajedno s jezgrom - "atomski ostatak". Struktura atoma s jednim pobuđenim elektronom shematski je prikazana na slici 13.8.1. Dolje lijevo je atom

ostatak: jezgro i elektroni u osnovnom stanju. Točkasta strelica označava valentni elektron. Udaljenost između svih elektrona unutar atomskog ostatka mnogo je manja od udaljenosti bilo kojeg od njih do optičkog elektrona. Stoga se njihov ukupni naboj može smatrati gotovo potpuno koncentriranim u centru. Stoga se može pretpostaviti da se optički elektron kreće pod djelovanjem Kulonove sile usmjerene prema jezgri, pa se, tako, njegovi energetski nivoi izračunavaju po Bohrovoj formuli (5.2). Elektroni atomskog ostatka prekrivaju jezgro, ali ne u potpunosti. Da bi se uzelo u obzir djelomično zaštićivanje, predstavljen je koncept efektivno punjenjeatomski ostatak Z eff. U razmatranom slučaju jako udaljenog elektrona, količina Z eff je jednaka razlici atomskog broja hemijskog elementa Z i broj elektrona atomskog ostatka. Ovdje se ograničavamo na slučaj neutralnih atoma, za koji Z eff \u003d 1.

Položaj jako pobuđenih nivoa dobiven je u Bohrovoj teoriji za bilo koji atom. Dovoljno je zamijeniti u (2.6) na masu atomskog ostatka
što je manje od mase atoma
vrijednosti elektronske mase. Koristeći identitet dobijen iz ovoga

možemo izraziti Rydbergovu konstantu kao funkciju atomske težine Arazmatranog hemijskog elementa:

planetarni modelatom ... + --- a - \u003d 0; (2.12) h² h ∂t 4πm а a a Δβ + 2 (grad agradβ) - ----- \u003d 0. (2. 13 ) h ∂t Za βh φ \u003d - (2.14) 2πm Madelung je dobio jednačinu ...